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お酒にパン、調味料、醤油に味噌 生活を支え豊かにする酵母のはたらき

酵母

発酵にまつわるあれこれを「科学的」に解説する本記事。とは言っても、難しいことではなく、科学的に、わかりやすく、お伝えしていきます。解説してくれるのは、発酵日和ではおなじみの平松 サリーさん。平松さんは、京都大学農学部で学び、今は食と科学を専門として、著述活動を続けていらっしゃる食・科学ライターです。
今回は酵母について「科学的」に解説します。普段、何気なく口にしているパンやビールにワイン、清酒を楽しめるのは酵母のおかげなのです。

平松サリー(科学する料理研究家・ライター)

京都大学農学部卒業、京都大学大学院農学研究科修士課程修了、平成22年度 京都大学総長賞受賞。京都大学農学部で遺伝学やタンパク質工学、バイオ技術を中心に学ぶ。2011年よりライター、科学する料理研究家として本格的に活動を開始。「科学をわかりやすく楽しく、より身近に」をモットーに、執筆や企画・監修など幅広く手がける。著書に『「おいしい」を科学して、レシピにしました。』(サンマーク出版)、『おもしろい! 料理の科学』(講談社)。

清酒やビール、ワインなどお酒造りに欠かすことのできない「酵母」。パン作りや味噌、醤油、食酢の醸造にも用いられ、古来より人類と密接に関わってきた微生物です。今回の記事では酵母がどんな菌で、どのように活用されているのかをご紹介します。

酵母の代表格「サッカロマイセス・セレビシエ」

以前の記事「ビフィズス菌は乳酸菌ではない!?食品の保存から発酵食品づくり、腸内改善まで大活躍の乳酸菌」で、乳酸菌について「乳酸を大量に作り出す細菌の総称」と説明しましたが、酵母も同様で「核を持ち、単細胞である」など、似たような性質を持つ菌の総称として「酵母」と呼ばれています。そのため、酵母とひとくちに言っても様々な種類が存在します。

中でも、発酵・醸造に関する酵母として代表的なのがサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae、以下S・セレビシエ)で、一般的に「酵母」といえば主にこの菌を指します。S・セレビシエは、糖を分解してアルコールを作り出す力が強いため、古くから清酒、ビール、ワインなどお酒の醸造に用いられてきました。食酢は、酢酸菌がアルコールを酢酸に変えることによって作られるため、食酢の醸造にも酵母が不可欠です。また、酵母はアルコールを作る際に二酸化炭素のガスも同時に発生させるため、パンの生地を膨らませるのにも利用されています。

糖を食べてアルコールと二酸化炭素を作り出す

酵母は酸素がある環境では、糖と酸素を取り込んで水と二酸化炭素に変え、この反応によって酵母が生きていくためのエネルギーを取り出します。これは、私たち人間が肺から吸収した酸素と、食べ物を消化吸収して得た糖によって、全身の細胞でエネルギーを取り出し、二酸化炭素を吐き出すのと同じ仕組みです。

人間は酸素がないと生きていけませんが、酵母は酸素がないところでも生育することができます。このような環境では、酵母は糖をアルコールと二酸化炭素に変える反応によりエネルギーを取り出します。酵母によるお酒や調味料の醸造、パンの発酵にはこの反応が利用されています。また、このとき副産物として様々な香りの成分も発生します。

菌株ごとに個性がある

私たち人間にそれぞれ個性や特徴があるように、同じ種類の菌でも「菌株」ごとに少しずつ性質が異なります。お酒の醸造やパン作りに使われるS・セレビシエも、分類学上はすべて同じ種類の酵母ですが、それぞれの用途に合った特徴を持つ菌株が選ばれ、使用されてきました。例えばワイン造りに使われるワイン酵母は、ブドウ果汁の中でよく発酵できるように、糖や酸に強い性質を持ったものが選ばれてきました。ビール造りには、麦汁に多く含まれる麦芽糖を効率よく利用できるものがビール酵母として使われています。また、菌株によって味や香りにも違いが生まれるので、生産者が作りたい製品のイメージや消費者のニーズに合わせて、より良い株が選抜され利用されています。

ブドウ果汁からワインを作る

お酒には様々な種類がありますが、アルコール発酵に関して比較的単純な工程で造られるのがワインです。ワインの原料となるブドウ果汁はブドウ糖や果糖などの糖分を多く含むので、これを酵母の発酵によってアルコールに変えます。このように、原料に含まれる糖をアルコールに変えてお酒を造るシンプルな発酵形式を「単発酵」と言います。リンゴを原料とするシードルや薄めた蜂蜜を発酵させて造るミードなども単発酵のお酒に分類されます。

昔ながらのワイン造りでは、ブドウの表面に付着した野生の酵母によって発酵させる自然発酵という手法が用いられてきました。この手法では、その地域独自の酵母が生み出す香りや味わいによってワインの個性が作り上げられるため、伝統的なワイン産地や小規模ワイナリーなどでは今も自然発酵によるワイン造りが行われています。一方で、品質の悪化や嫌なにおいを引き起こす微生物が混入し、悪影響を受ける可能性があるという難点もあり、近代的なワイナリーでは安全に高品質なワインを安定的に醸造するため、純粋培養したS. セレビシエを加えて発酵を行うのが一般的となっています。

ワインの醸造については、以下の記事でも解説・紹介しています。

ワイン|世界中の人が酔いしれるワインの魅力

赤ワインを冷やして飲むのは邪道か〜ワインの科学|発酵食品のカガクあれこれ【第1回】

麦汁がビールになる

ブドウ果汁が糖分を多く含んでいるのに対し、ビールの原料である大麦は主成分がデンプンであり、糖はそれほど多くありません。そこで、大麦を発芽させた「麦芽」に多く含まれるデンプン分解酵素を利用し、デンプンを麦芽糖に分解します。こうしてできた麦汁に酵母を加え、造られるのがビールです。このように、まずデンプンを糖に変え、それから酵母による発酵を行う発酵形式を「単行複発酵」といいます。ウイスキーも単行複発酵によって作られたもろみを蒸留して造られています。

S・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)のSaccharomycesはラテン語の糖「Saccharum」とギリシャ語の菌「myces」から、cerevisiaeはビールを意味するラテン語「Cerevisia」に由来します。「糖を食べるビールの菌」といったところでしょうか。その名の通りビールから発見された菌ですが、実は全てのビールがS・セレビシエによって造られているわけではありません。

世界で造られているビールは、上面発酵ビールと下面発酵ビールとに分けられます。上面発酵ビールは主にS・セレビシエによってアルコールが作られ、発酵終了時に酵母がタンク上部に浮き上がることからこのように呼ばれています。イギリスのエール、ベルギーの白ビール、ドイツのヴァイツェンなどがこれに分類され、香り豊かで味わい深いものが多いという特徴があります。一方、下面発酵ビールは、サッカロマイセス・パストリアヌス(Saccharomyces pastorianus、以下S・パストリアヌス)という酵母によってアルコールが作られ、発酵終了時には酵母がタンクの底に沈みます。いわゆるラガービールと呼ばれるもので、ピルスナーのように爽やかで喉越しのよいビールになります。

麦芽によるデンプンの分解については以下の記事でも解説・紹介しています。

発酵や食べ物の消化に活躍し、洗濯洗剤にも利用される「酵素」っていったいなんだろう?

ビール

清酒は酵母と麹菌のコラボレーション

清酒の原料であるお米も主成分はデンプンなので、ビールと同様、まずはこのデンプンを糖に変える必要があります。ビールでは麦芽の酵素を使いましたが、清酒ではまず、蒸したお米に麹菌を増殖させた「米麹」を作り、麹菌の酵素によってデンプンをブドウ糖に分解します。

ビールの場合は、まず大麦のデンプンを糖に変え、そのあと酵母を加えてアルコール発酵を進めますが、清酒では麹菌によるデンプンの糖化と、酵母によるアルコール発酵が同時並行で行われます。このような発酵形式を「並行複発酵」と言います。

このような発酵形式では、醸造酒としては高いアルコール濃度のお酒を作ることができます。糖は酵母の生育とアルコール発酵に必要なものではありますが、糖の濃度が高すぎる環境では、逆に酵母が活動しにくくなってしまいます。そのためアルコール濃度の高いお酒を造りたいからといって、糖濃度の高い液体に酵母を加えてもうまくいきません。並行複発酵では、アルコール発酵の進行に並行して徐々に糖が供給されるため、常にほどよい糖濃度が保たれ、最終的にアルコールの濃度を高くすることができるのです。日本酒の他に、焼酎や泡盛、マッコリ、紹興酒なども並行複発酵によって作られます。

清酒の並行複発酵については以下の記事でも解説・紹介しています。

研究者から見た発酵食品の魅力・すごさとは?科学の目で見た発酵食品【第4回】

様々な清酒酵母

清酒酵母は、もともとは酒蔵に住みつくいわゆる「蔵付き酵母」が利用されてきましたが、微生物学の発展により、全国各地の酒蔵から優れた酵母が収集され、日本醸造協会から頒布されるようになりました。これを「きょうかい酵母」といい、それぞれ「協会●号」といった名称がつけられています。

また近年では、バイオテクノロジーによって新たな特徴を持つ酵母が開発され、清酒の多様性や醸造効率の向上に貢献しています。

例えば、従来使われてきた清酒酵母には「高泡」といって、発酵によって発生した二酸化炭素の泡に酵母が吸着し、高く盛り上がった泡ができる性質がありました。高泡は発酵の進行状況を知る目安として利用されてきましたが、盛り上がった泡が溢れてしまわないようタンクの半分から3分の2程度の量しか仕込めないという難点があり、泡を消すためにかき混ぜる設備や手間も必要でした。そこで開発されたのが、高泡を作らない性質を持った「泡なし酵母」です。現在では日本醸造協会から頒布される清酒酵母の大部分が泡なしの性質を持った酵母です。

このほかにも、リンゴ酸を多く作り酸味のあるお酒に仕上げる酵母や、赤い色素を生成し甘口の桃色にごり酒を作る酵母など、様々な特徴を持つ酵母が見出されています。

麹菌については以下の記事でも解説・紹介しています。
麹菌とは?日本の食文化を支える麹菌のスゴさと発酵について

麹菌によるデンプンの分解については以下の記事でも解説・紹介しています。
発酵や食べ物の消化に活躍し、洗濯洗剤にも利用される「酵素」っていったいなんだろう?

清酒

お酒だけじゃない!パン作りにも酵母の力

S・セレビシエはパン作りにも使われます。小麦などの穀物を挽いた粉に、酵母と水、塩などを加えて生地を作り、寝かせると、酵母の発酵によって二酸化炭素が発生し生地が膨らみます。また、同時にパンの香りに関わる成分も作られます。

小麦粉にはデンプンが多く含まれていますが、糖はあまり多くありません。そのため、ロールパンやブリオッシュのように糖を加えて作るパンはよく膨らんでふわふわとやわらかい生地になりますが、バゲットやパン・ド・カンパーニュのように糖を加えずに作るパンは、膨らみが少なく硬い生地となります。

パン作りに使われる酵母は生イーストやドライイーストなど、工業的に培養されたものを使うのが一般的ですが、果物や穀物に水を加えて数日放置し、表面に付着した菌を培養した「自家製酵母」を使用することもあります。これには酵母のほかにも様々な菌が混在するため、乳酸菌や酢酸菌によって生じる酸味など、複雑な味わいを持つパンになります。

自家製酵母の作り方については以下の記事でも解説・紹介しています。

パンづくり1年生向けレーズン酵母の起こし方

パン

塩分に強い耐塩性酵母

S・セレビシエ以外の酵母が活躍する発酵食品もあります。例えば、醤油や味噌は大豆、麦、米に含まれるデンプンやタンパク質を、麹菌の酵素によって糖やアミノ酸に分解し、乳酸菌や酵母によって発酵させて作る発酵食品ですが、塩分の濃度が高く、S・セレビシエのような通常の酵母は増殖することができません。

そこで用いられるのがジゴサッカロマイセス・ロキシー(Zygosaccharomyces rouxii、以下Z・ロキシー)という耐塩性の酵母です。また、熟成にはカンディダ・ベルサチリス(Candida versatilis)やカンディダ・エチェルシ(Candida etchellsii)といった耐塩性酵母も関わっています。味噌や醤油の醸造では、これらの発酵によりアルコールが生成され、さらにアルコールから様々な香りの成分が作られます。また、酵母の発酵によって生じる成分には、嫌なにおいを覆い隠したり、味をまろやかにしたりする効果もあります。

味噌の醸造については、以下の記事でも解説・紹介しています。
手前味噌はなぜ美味しいのか?〜味噌の科学|発酵食品のカガクあれこれ【第5回】

醤油の醸造については、以下の記事でも解説・紹介しています。
微生物のリレーが生み出すうまみと香り

発酵食品だけじゃない 健康食品や調味料でも活躍

酵母の活用はお酒や発酵食品の製造だけに留まりません。酵母自身にもアミノ酸やビタミンなどの栄養素が豊富で、食品の味わいを良くする成分も含まれています。そのため、酵母から抽出された酵母エキスは、健康食品の材料や調味料として使われています。酵母エキスの材料には、S・セレビシエや下面発酵ビールに用いられるS・パストリアヌス、それからカンディダ・ユチリス(Candida utilis、トルラ酵母)などが用いられています。

このように酵母はお酒やパン、調味料、酵母エキスなど、様々な用途に用いられ、私たちの生活を豊かにしてきました。朝食にパンを食べ、昼食に味噌汁を飲み、夜は醤油をつけた刺身を肴に晩酌を……というごく普通の日常は、酵母によって支えられてきたのです。今日はぜひ酵母に思いを馳せながら、お酒やパンや調味料の風味を味わってみてください。

参考文献
  • 大内弘造「泡なし酵母の歴史」『日本醸造協会誌』105巻4号, 2010年, 184-187ページ
  • 川本伸一 編著『光琳選書9 食品と微生物』(光琳)
  • 北本勝ひこ、春田伸、丸山潤一、後藤慶一、尾花望、齋藤勝晴 編『食と微生物の事典』(朝倉書店)
  • 小泉武夫 編著『発酵食品学』(講談社サイエンティフィク)
  • 中川春紫 著『日本の伝統 発酵の科学 微生物が生み出す「旨さ」の秘密』(講談社)
  • 藤井建夫 編著『食品微生物学の基礎』(講談社サイエンティフィク)
  • 山岸裕美「ビールと酵母」『モダンメディア』63巻5号, 2017年, 120-124ページ
  • 横田篤、大西康夫、小川順 編『応用微生物学 第3版』(文英堂出版)

※記載内容は筆者の個人的な見解であり、特定の商品または発酵食品についての効果効用を保証するものではありません。

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